大容量恒温槽优化设计：流场与温度场的数值模拟分析

"该文是关于大容量液体恒温槽的温度场和流场的数值模拟研究，通过fluent软件采用重整化群(RNG) k-ε湍流模型进行三维模拟，探讨了搅拌器转速、叶片角度、搅拌器数量以及整流栅孔隙率等因素对恒温槽性能的影响。文中提出一种具有变角度三层搅拌叶片（45°、300°、15°）的双搅拌器结构，转速为1500r/min，整流栅孔隙率为0.3071的恒温槽设计方案，能实现最佳的温度和流场分布。实验验证显示，该恒温槽工作区的温度均匀度为4.5mK，与模拟结果相符。" 本文主要探讨了在高精度流体热物性实验中至关重要的大容量液体恒温槽的设计优化问题。传统的恒温槽设计依赖于大量的实验和测试，而通过数值模拟可以更高效地研究其性能。作者使用fluent软件，一个广泛应用于流体力学和热传递计算的工具，基于重整化群k-ε湍流模型对恒温槽内部的流场和温度场进行三维模拟。重整化群k-ε模型是一种常用的湍流模型，能够有效描述复杂流动中的湍流现象。 在研究中，作者关注了多个关键设计参数，包括搅拌器的转速、叶片角度、搅拌器的数量以及整流栅的孔隙率。其中，搅拌器的叶片角度和数量直接影响流场的均匀性，而整流栅则通过多孔介质模型来处理，以减小流体流动的不规则性。通过对不同参数组合的模拟，他们发现最佳的恒温槽配置为：三层搅拌叶片，角度分别为45°、300°和15°，转速设定为1500转/分钟，以及采用孔隙率为0.3071的双搅拌器结构的整流栅。这种设计能够显著提高温度场和流场的均匀性。 实验结果验证了数值模拟的准确性，该恒温槽在工作区域内的温度均匀度达到了4.5mK，这与模拟预测的结果一致。这一水平的温度均匀性对于高精度的热物性实验至关重要，因为它直接影响实验数据的准确性和可靠性。 文献回顾部分提到了其他研究，例如大容量六面板加热高温空气恒温槽、混合区和工作桶区分离的恒温槽以及采用垂直加热列管的搅拌槽，这些研究都强调了恒温槽性能对流场和温度场的敏感性，并指出设计参数如流速、热板温度波动、搅拌桨类型和安装位置等对性能的影响。 该文通过数值模拟方法为大容量液体恒温槽的设计提供了一种新的优化思路，减少了对物理实验的依赖，提高了设计效率，并且通过实验验证了模拟结果的有效性。这对于提升恒温槽的性能和降低实验误差具有重要意义。